STRUKTUR BENTANG LEBAR
KABEL
Pengertian
Struktur Kabel Adalah sebuah sistem struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dsb yang menyanggah sebuah penutup yang menjamin tertutupnya sebuah bangunan.
Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung, di mana gaya-gaya tarik digunakan tali. Contoh lainnya adalah tenda-tenda yang dipakai para musafir yang menempuh perjalanan jarak jauh lewat padang pasir. Setelah orang mengenal baja, maka baja digunakan sebagai gantungan pada jembatan. Pada taraf permulaan baja itu dapat berkarat. Pada zaman setengah abad sebelum sekarang, ditemukanlah baja dengan tegangan tinggi yang tahan terhadap karat.
Sejerah Singkat
Banyak bangunan yang menggunakan struktur funicular. Semula nya struktur kabel yang kita kenal adalah jembatan, mulanya dikembangkan di china, di india, dan amerika selatan adalah struktur funicular tarik. Dari sejarah kita dapat mengenal perkembangan penggunaan kabel sebagai material konstruksi dari generasi ke generasi berikutnya. Banyak pemikiran dan ide yang telah dipublikasikan, bahkan telah menjadi konstruksi yang handal dan mengagumkan.
Pembangunan Cable Stayed Brigde menjadi sangat populer dikarenakan kinerja dan biaya konstruksinya ternyata lebih murah dari jembatan gantung. Perkembangan penggunaan kabel baja pada bangunan mencapai puncaknya ketika dibangunnya Munich Olumpic Stadium pada tahun 1972. Demikianlah, saat ini penggunaan kabel baja tidak hanya untuk jembatan ataupun sebagai prategang pada struktur beton, kini para arsitektur mewujudkan ide melalui struktur kabel untuk mewujudkan ruang dalam yang sangat luas tanpa kolom, tetapi tetap mempunyai kesan yang ringan, anggun, transparan dengan bentuknya yang unik.
Konsep
Jenis-Jenis
Sistem Pembebanan Dan Gaya
Sistem Stabilisasi
Keuntungan dan Kelemahan Struktur Kabel Keuntungan struktur kabel :
1. Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup permukaan yang luas .
2. Ringan, meminimalisasi beban sendiri sebuah konstruksi. 3. Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik,
untuk bentangan ratusan meter Mengungguli semua sistem lain.
4. Memberikan efisiensi ruang lebih besar.
5. Memiliki faktor keamanan terhadap api lebih baik dibandingkan struktur tradisonal yang sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan di bawah temperatur tinggi. Kabel baja lebih dapat menjaga konstruksi dari temperatur tinggi dalam jangka waktu lebih panjang, sehingga mengurangi resiko kehancuran.
6. Dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan.
7. Cocok untuk bangunan bersifat permanen. Kelemahan struktur kabel :
Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat bertahan dengan sempuna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan oleh pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar dan dapat mengakibatkan robohnya bangunan.
contoh perkembangan kabel pada jembatan:
GAMBAR 1.4: Jembatan penyebrangan. Menggunakan bahan dari kayu, besi, dan menggunak sistem sistem kabel GAMBAR 1.5: Jembatan penyebrangan.
Menggunakan bahan dari baja, beton dan menggunakan sistem kabel(syney-Harbour Bridge)
GAMBAR 1.3: Jembatan penyebrangan. Menggunakan bahan dari kayu dan bambu
GAMBAR 1.6: Jembatan penyebrangan. Menggunakan bahan dari beton dan menggunakan sistem kabel dan di bantu dengan kolom(Millau Bridge, Perancis)
GAMBAR 1.5: Jembatan penyebrangan. Menggunakan bahan dari baja, beton dan sistem kabel Tower Bridge (London, Inggris)
Sistem Stabilisasi
Beberapa sistem stabilisasi yang dapat digunakan untuk mengantisipasi deformasi pada struktur kabel antara lain : 1. Peningkatan beban mati
Stabilisasi ini dilakukan dengan penerapan material dengan berat yang memadai dan
merupakan material yang homogen sehingga diperoleh beban yang terdistribusi merata.
2. Pengaku busur dengan arah berlawanan (inverted arch) Stabilisasi dengan pengaku bususr atau kabel ini
berusaha mencapai bentuk yang kaku dengan menambah jumlah kabel sehingga kemudian menghasilkan suatu jaring-jaring (cable net structure).
3. Penggunaan batang-batang pembentang (spreader) Stabilisasi ini menggunakan batang-batang tekan sebagai pemisah antara dua kabel sehingga menambah tarikan internal didalam kabel.
4. Penambatan/pengangkuran ke pondasi (ground anchorage)
Sistem ini hanya berlaku bagi kabel karena adanya gaya-gaya taik yang dinetralisir oleh pondasi sehingga
menghasilkan stabilisasi.Pada pondasi terjadi tumpuan tarik akibat perlawanan gaya tarik kabel.
5. Metoda prategang searah kabel (masted structure) Ciri utamanya adalah tiang-tiang dan kabel yang secara keseluruhan membentuk suatu struktur kaku. Kabel ditempatkan pada keadaan tertegang dengan jalan memberikan beban yang dialirkan searah kabel
JENIS-JENIS STRUKTUR KABEL Struktur Kabel Non Pretension
Adalah struktur kabel yang tidak diregang sebelum maupun sesudah diberi
beban luar, tegangan yang timbul pada kabel hanya diakibatkan oleh berat kabel sendiri
dan beban luar, seperti pada contoh yaitu kabel yang tergantung bebas atau dak gantung.
Perhitungan statis:
Bentuk lengkungan kabel dak gantung sesuai bentuk bidang momen.
Av =
qxl
2
AH =
qx 12
8
x
I
f
f = lenturan karena berat sendiri kabel atau lenturan yang dikehendaki.
I = bentang konstruksi yang dikehendaki.
Lenturan ekonomis (fe) = 1 L 10
GAMBAR 1.2: KHAN SHATYR DI ASTANA KAZAKHSTAN(2009). struktur kabel berfungsi sebagai "tanpa kolom". (sumber:
Gaya kabel maximum pada perletakan, K max z 1,1 AH Panjang kabel yang dibutuhkan, k = l [ 1 + 8 ( fe ]
3 l
Lenturan f akan mengalami perubahan karena pembebanan dan temperatur.
Contoh: dak gantung dengan k = 100 m, delta t = 30° C, dengan beban q = 1000 kp/cm2,
maka
∆
f(q) z 9 cm dan∆
f(t) z 5 cmJenis-jenis Struktur Kabel non Pretension, yaitu: 1. Kabel vertikal
Contoh: kabel pada kran (crane) Gaya yang bekerja hanya gaya yang disebabkan oleh beban
gantung, sehingga membentuk kabel menjadi garis vertikal.
Gambar 1 Kabel Vertikal 2. Kabel horizontal
Contoh: kabel untuk menarik beban secara horizontal.
Gambar 2 Kabel Horisontal
Bila gaya tarik yang bekerja pada kabel benar-benar horizontal, maka kabel akan membentuk garis lurus yang benar- benar horizontal dengan catatan berat sendiri diabaikan.
3. Kabel Diagonal
Contoh: jembatan gantung, atap gantung dan Iainlain.
Gambar 3 Kabel Diagonal 4. Kabel-kabel parabola a. Balok tepi sejajar
Gambar 4 Balok Tepi Sejajar
b. Balok tepi sejajar melengkung ke atas, bersama kabel-kabel gantung membentuk bidang synklastik.
Gambar 5
Balok Tepi Sejajar Membentuk Bidang Synklastik
c. Balok tepi sejajar melengkung ke bawah, bersama kabel-kabel gantung membentuk bidang antiklastik.
Gambar 6
Balok Tepi Sejajar Membentuk Bidang Antiklastik
Selain bentuk-bentuk balok tepi seperti a, b, dan c diatas, juga boleh digunakan balok
tepi berbentuk busur, rangka ruang dan Iain-lain.
Pada tiap-tiap kabel ada kemungkinan terjadi deformasi ke segala poros, maka perlu
dilakukan penyetabilan dengan salah satu cara di bawah ini:
Di atas kabel-kabel diletakan balok-balok melintang.
Gambar 7
Balok Kestabilan Dengan Balok Melintang
Penutup atap dibuat berat.
Penutup atap dibuat dari beton yang sekaligus membungkus kabel-kabel.
5. Kabel-kabel radial
Balok tepi berbentuk ring yang kaku dengan kabel-kabel yang tergantung bebas dan bertemu di satu titik, katenoid.
Struktur Kabel Pretension
Struktur Kabel Pretension adalah struktur kabel yang diregang sebelum diberikan
Contoh: struktur kabel sistim Jawerth, jaring kabel synklastik tiga dimensional
1. Struktur kabel dimana setiap kabel diregang sebelumnya.
Gambar 9
Sistim Jawerth Pada Gelanggang Anggar di Mexico. Konstruksi menjadi tegang karena kabel-kabel bagian bawah menarik kabel-kabel bagian
atas. Penutup atap dapat menggunakan bahan yang ringan, karena konstruksi sudah stabil.
2. Struktur kabel dengan batang-batang tekan.
Gambar 10 Sistem Bidang Datar
(Dua Dimensional)
Gambar 11 Sistem Radial
Gambar 12 Gambar 13
Sistem Kombinasi Tiga Dimensional Sistem Dengan Kolom Terurai
detail Dan Sistem Pengakhiran Kabel
Struktur kabel 3D (ruang) membagi pembebanannya melalui elemen tarik seperti halnya pada sistem
rangka batang, dimana resultan gayanya bisa bertemu pada satu titik ataupun dari titik pertemuan ini garis resultan gayanya harus berubah atau berbelok. Yang penting untuk diperhatikan, adalah bahwa pada perancangan struktur kabel, untuk semua kombinasi pembebanan seluruh kabel berada dalam keadaan tarik.
4
Struktur Kabel: Teknologi dan Desain (Hardjasaputra)Karena elemen-elemen struktur kabel ini umumnya tidak selalu bersilangan secara orthogonal, diperlukan desain bentuk dari titik pertemuan antara kabel. Setiap titik pertemuan dari kabel selain harus memenuhi syarat kekuatan dan kemudahan pemasangan, juga harus dipertimbangkan secara estetika.
Sesuai fungsinya titik pertemuan dari kabel-kabel tersebut dapat dikategorikan dalam beberapa bentuk simpul untuk persilangan dari 2 atau 4 kabel. Sifat dari pemegang persilangan ini dapat dibedakan dalam 2 sistem, yaitu: sistem di mana sifat persilangan tidak dapat berotasi (fix) dan sistem dimana persilangan masih dapat bergeser dan berotasi (Gambar 7). Gambar 7. Berbagai Bentuk Simpul untuk Persilangan Kabel (Schulitz et al. 1999)
Dudukan Untuk Pelengkung Kabel
Sesuai dengan fungsinya resultan gaya pada kabel utama harus pula dapat dibelokkan. Sebagai lintasan dari pembelokan kabel utama umumnya digunakan konstruksi dudukan berbentuk pelana dengan radius tertentu (Gambar 8).
Gambar 8.Konstruksi untuk Dudukan Lintasan Pembelokan Kabel Utama (Holgates 1997)
Sedangkan bila diperlukan perubahan arah gaya di mana sudut beloknya kecil dan panjang kabelnya terbatas, maka direncanakan dengan sistem di mana kabel-kabel tersebut diputus pada daerah tersebut, untuk kemudian kabel-kabel tersebut akan bertemu pada konstruksi pelat simpul 3D (Gambar 9).
Gambar 9. Konstruksi Simpul 3D Pertemuan Kabel Utama (Holgates 1997)
Pengangkuran
Seperti sudah dijelaskan, pemberian gaya prategang pada jaringan kabel dilakukan dengan menarik kabel utama pada ujung-ujungnya. Untuk itu diperlukan pengangkuran dan penarikan pada kabel utama. Ketiga tipe detil dari bentuk pertemuan ini merupakan aspek teknis yang harus dirancang dan diuji terlebih dahulu. Saat ini, untuk beberapa detail standar sudah tercantum dalam standard DIN.
Jurnal Teknik Sipil, Vol. 3 , No. 1, Januari 2006
5
Tipe Kabel
Kabel sesuai dengan keperluannya, terdiri dari berbagai macam tipe. Menurut standard DIN 18 800 semua kabel yang digunakan untuk struktur bangunan dikategorikan sebagai high tensile members.
Secara umum kabel-kabel tersebut mempunyai kekuatan rencana yang lebih tinggi dari pada batang tarik baja, sehingga dengan luas penampang yang sama dapat memikul beban lebih besar. Tetapi modulus elastisitas kabel adalah antara E = 155.000 N/mm2 sampai E = 165.000 N/mm2, jelas lebih rendah dari pada modulus elastisitas yang dipakai untuk batang tarik baja (E = 210.000 N/mm2).
Ada pula kabel yang mempunyai lapisan krom dan nikel, agar bersifat tahan terhadap karat. Untuk keperluan konstruksi bangunan, dikenal 3 tipe penampang kabel, yaitu spiral strands, full locked coil
cables dan structural wire ropes (Gambar 10). Gambar 10. Berbagai Tipe Kabel Konstruksi
(spiral strands, full locked coil cables dan structural ropes)
Spiral strands terutama digunakan untuk bangunan di mana bebannya relatif kecil seperti untuk pendukung antena telekomunikasi, cerobong asap, ikatan angin (bracing) pada jaringan kabel, struktur kayu dan baja.
Spriral strands diproduksi dengan diameter antara 5 mm sampai 40 mm. Spiral strands hanya terdiri dari kawat-kawat yang berpenampang lingkaran, akibat adanya celah-celah spiral strand dikelompokkan pada
material yang kurang tahan terhadap bahaya korosi.
Full locked coil cables terutama digunakan sebagai kabel utama pada berbagai konstruksi, antara lain kabel utama pada suspension bridge dan stay cables
bridge, kabel tepi pada jaringan kabel.
Sifat-sifat khusus dari full locked coil cables, adalah: • Mempunyai E – modulus yang tinggi
• Permukaan kabel mempunyai daya tahan tinggi • Permukaan kabel tertutup, sehingga tahan terhadap bahaya korosi
Penampang kabel bagian dalam atau bagian inti terdiri dari kawat-kawat dengan penampang lingkaran, sedangkan bagian luar, penampangnya berbentuk Z.
Structural wire ropes, terutama digunakan sebagai kabel tepi pada struktur membran (textile structure). Kabel ini terdiri dari beberapa strands, sehingga sifatnya fleksibe
